CN108604630B - 用于控制压电负载的充电的电子电路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于控制压电负载(190)的充电的电子电路(100)。该电子电路包括：电荷泵(111)，被配置为取决于充电控制信号(131)而向压电负载供给充电电流；测量电路(113)，被配置为获得与压电负载的负载端子处的端子电压对应的负载电压；比较器电路(114)，被配置为将可调参考电压与负载电压进行比较。该电子电路被配置为取决于比较而确定充电控制信号，使得控制信号取决于比较而控制充电电流的输送。该电子电路还被配置为将可调参考电压设置为目标电压(VT)并且当负载电压达到目标电压时将可调参考电压设置为低于目标电压的下限电压(Vlow)。

Description

用于控制压电负载的充电的电子电路
技术领域
本发明涉及用于控制电容性负载(特别是压电负载和被布置为用于可变形透镜的致动器的压电负载)的充电的电子电路。
背景技术
压电负载(例如，压电元件)通常由电荷泵或电流放大器供电。与控制压电负载以及一般而言电容性负载的充电相关，涉及数个挑战。一个挑战涉及控制压电负载，以便控制压电负载的伸长或收缩。
对于压电负载用于致动可变形透镜(例如，用于成像目的的透镜)的应用来说，控制压电负载的伸长或收缩是重要的。为了获得高图像质量(例如，图像的清晰度)，透镜必须可预测地变形以获得期望的光功率。
因而，需要改进压电负载(例如，用于致动可变形透镜的压电负载)的控制。
还需要获得关于由于老化引起的压电负载的状态(例如，健康状态或压电特点的改变)的信息。
发明内容
一般而言，一个目的是改进压电负载的控制。
本发明的另一个目的是改进用于致动可变形透镜的压电负载的控制。
本发明的另一个目的是提供用于表征压电元件的状态的方法并获得其它优点(诸如省电)，以及预测短期压电特点(诸如根据所施加的电压的压电致动器的灵敏度)。
在本发明的第一方面中，提供了一种用于控制压电负载的充电的电子电路。该电子电路包括电荷泵，该电荷泵被配置为取决于充电控制信号而向压电负载提供充电电流。该电路还包括被配置为获得与压电负载的负载端子处的端子电压相对应的负载电压的测量电路以及被配置为将可调参考电压与负载电压进行比较的比较器电路。该电子电路被配置为取决于比较而确定充电控制信号，使得控制信号取决于比较而控制充电电流的输送。该电子电路还被配置为将可调参考电压设置为目标电压并且当负载电压达到目标电压时将可调参考电压设置为低于目标电压的下限电压。
充电电流的幅值取决于泵电容器的尺寸以及在电路的使用寿命期间保持不变的其它物理参数。因此，输出电压/输出电流容量对于任何给定电路在其使用寿命中将是可重复的。控制电路还可以能够通过例如调节控制电荷泵内的电荷转移的信号的时钟频率(1/ts)来控制来自泵的充电电流的幅值。
电子电路的目的是允许负载电压在目标电压和下限电压之间的可编程电压范围内波动。在此期间，电荷泵被关断，以使电荷泵和电子电路发射的噪声最小化。同时，通过临时关断电路的其它部分(诸如测量电路)，电子电路消耗的电流可以进一步减小，使得可以延长为电路供电的电池的寿命。
根据实施例，电子电路被配置为取决于比较而生成充电控制信号，使得如果参考电压大于负载电压，那么控制信号控制电荷泵供给充电电流。
根据实施例，电子电路还被配置为取决于比较而生成充电控制信号，使得如果参考电压小于负载电压，或者在负载电压已达到目标电压之后，控制信号控制电荷泵停止供给充电电流。
根据实施例，电子电路被配置为当负载电压达到下限电压时将可调参考电压设置为目标电压。
因而，电子电路可以被配置为交替地1)如果参考电压(例如，下限电压)小于负载电压或者如果负载电压已经达到参考电压，生成充电控制信号，使得控制信号控制电荷泵停止供给充电电流(或者维持未供给充电电流的状态)，和2)当负载电压达到下限电压时，将可调参考电压设置为目标电压，使得只要参考电压(例如，目标电压)大于负载电压，控制信号控制电荷泵再次供给充电电流。
因而，压电负载的负载电压被自动调节，使得压电负载被控制在限值内保持期望的伸长。因而，由压电负载致动的可变形透镜可以被控制，使得光功率保持在预定的最大值和最小值内。
根据实施例，电子电路被配置为在离散的时间点或采样时刻获得负载电压。有利地，通过在离散的时间点获得负载电压，压电负载的放电减少。在这些采样时刻之间，电路可以被置于低功耗模式(通过关断电路的部分或降低系统时钟频率)，以进一步降低功耗和噪声发射。
根据实施例，电子电路还包括计数器电路，该计数器电路被配置为确定在负载电压具有第一电压的第一时间点与负载电压具有第二电压的第二时间点之间的充电或放电时间。
根据相关实施例，第一时间点是电荷泵发起充电的时间点，其中第一电压是初始负载电压。
由于充电电流是已知的并且由于充电时间可以由计数器电路确定，因此可以确定充电期间压电负载的电容，例如，为了表征压电负载的状态。
根据实施例，电子电路还包括用于用可控吸收电流(sink current)将压电负载放电的电流吸收器(current sink)。
例如，电流吸收器可以是电压降低电路，例如，由测量电路构成，其中电压降低电路连接到负载，以将端子电压降低到负载电压。
在另一个实施例中，电子电路被配置为用于在采样时刻(ts)之间将测量电路与负载隔离。以这种方式，通过仅在每个采样时刻暂时连接测量电路和相关联的电流汲取，可以最小化从处于保持状态的负载汲取的电流。
在放电阶段期间使用电压测量电路来放电压电负载使得不需要其它吸收电路可以是有利的。当由电压测量电路汲取的放电电流和测量占空比已知并且两个电压之间的放电时间已被确定时，压电负载的电容可以被确定或近似。这个测量的分辨率通过采样频率(1/ts)、负载电压的改变率以及近似的充电或放电电流来确定。
根据实施例，第一时间点是负载电压已经达到目标电压的时间，并且第二时间点是负载电压已经达到下限电压的时间，并且压电负载已经基本上通过包括压电负载的泄漏电流和至少由测量电路汲取的测量电流的泄漏电流被放电。
在实施例中，取决于来自电子电路的充电控制信号，充电电流是可调充电电流。以这种方式，可以通过调节充电电流来操纵充电期间负载电压的改变率。这样做的好处是或者增加电容测量的分辨率，或者根据应用要求调节改变率。这种要求可以是负载电压的期望的改变率或适应多负载系统中的不同电容性负载。
类似地，出于基本上相同的原因，可以使吸收电流可调节。
本发明的第二方面涉及一种压电致动器系统，其包括根据第一方面的电子电路和压电负载。
本发明的第三方面涉及一种可变形透镜单元。该透镜单元包括根据第二方面的压电致动器系统和布置成由压电负载变形的可变形透镜。压电致动器系统被配置为使透镜变形，以实现不同的光功率。
在与可变形透镜单元相关的实施例中，电子电路被配置为取决于控制参数而设置目标电压和/或下限电压。
因而，用于设置目标电压或下限电压的参考电压可以取决于其它参数(例如，与包含透镜单元的相机的设置相关的参数)来设置。
本发明的第四方面涉及一种用于控制压电负载的充电的方法。该方法包括取决于充电控制信号向压电负载供给充电电流。该方法还包括获得与压电负载的负载端子处的端子电压对应的负载电压，并且将可调参考电压与负载电压进行比较。最后，该方法包括取决于比较而确定充电控制信号，使得控制信号取决于比较而控制充电电流的输送，并且将可调参考电压设置为目标电压并且在负载电压达到目标电压之后将可调参考电压设置为低于目标电压的下限电压。
根据适用于控制多个负载的充电的方法的实施例，该方法还包括取决于第二充电控制信号(135)而向第二压电负载供给第二充电电流，并且获得与第二压电负载的第二负载端子处的端子电压对应的第二负载电压。然后将第二可调参考电压与第二负载电压进行比较，并且取决于比较而确定第二充电控制信号，使得第二控制信号取决于比较而控制第二充电电流的输送。最后，将第二可调参考电压设置为第二目标电压(VT)，并且当第二负载电压达到第二目标电压时，将可调参考电压设置为低于第二目标电压的第二下限电压(Vlow)。
附图说明
将参考附图仅以举例的方式描述本发明的实施例，其中：
图1图示了用于控制压电负载的充电的电子电路的第一实施例，
图2图示了充电和放电阶段期间负载电压的改变，
图3图示了可变形透镜单元，
图4图示了用于确定充电阶段期间的电容的示例，
图5图示了用于确定压电负载的泄漏电流的示例，
图6图示了用于控制压电负载的充电的电子电路的第二实施例，以及
图7图示了用于控制多个压电负载的充电的第三电子电路。
具体实施方式
图1示出了用于控制压电负载190(例如，基于压电的致动器)的充电的电子电路100。该电子电路也被称为压电驱动器100。
电子电路包括电荷泵111，电荷泵111被配置为取决于电荷控制信号131而向压电负载190供给充电电流。电荷泵是电子电路，例如能够取决于输入电压而生成可控电流的电压到电流放大器。因此，电荷泵可以能够生成用于给压电负载或其它电容性负载充电的恒定电流。充电电流的幅值可以通过例如调节电荷泵的时钟频率来进一步控制。这允许操纵电容测量的分辨率，因为可以在计数器电路的频率保持不变的同时改变充电斜率。
电子电路还包括电压测量电路113，电压测量电路113被配置为确定与压电负载的负载端子处的端子电压对应的负载电压。端子电压是被布置为接收充电电流的电连接处的电压，例如，相对于地电压。
测量电路113可以被配置为电阻性电路113a，例如，电阻性分压器，其提供与端子电压(即，负载电压)对应的降低的电压。
测量电路113还可以由模数转换器体现或者包括模数转换器(即，能够将端子电压或降低的端子电压转换成数字值的AD转换器)。测量电路113也可以被配置为电容性电压测量电路。
电子电路还包括比较器电路114，比较器电路114被配置为将可调参考电压132与负载电压进行比较，并且向控制单元发送指示哪个比较器输入具有最高电压的二进制信号(133)。
电子电路100(例如，控制逻辑121)被配置为取决于比较而确定充电控制信号131，使得充电控制信号131取决于比较(即，取决于来自比较器电路114的输出133)而控制充电电流的输送。可以控制电荷泵，以取决于可调参考电压132与负载电压之间的比较而开始、停止或继续充电电流的输送。泵的充电电流的幅值可以通过控制单元中的主机控制的参数(诸如控制电荷泵内的电荷转移的信号的输入或时钟频率)来调节。
电子电路100被配置为将可调参考电压设置为目标电压并且在负载电压达到目标电压之后将可调参考电压设置为下限电压，其中下限电压低于目标电压。作为示例，电子电路100可以被配置有能够(例如，基于来自控制逻辑121的参考信号134)生成和调节可调参考电压132的电压参考控制器115。在一些实施例中，电压参考控制器115可以被实现为数模转换器(DAC)，而在其它实施例中，电压参考控制器可以被实现为脉宽调制调制器，后面跟着积分器。可调参考电压132也可以由控制逻辑121在不使用参考控制器115的情况下确定。
因而，电子电路100能够通过确定充电控制信号131来控制压电负载的充电，使得负载190取决于参考电压与负载电压之间的比较而由电荷泵充电或不充电。
电子电路还可以包括连接到压电负载190、电荷泵111的输出和测量电路113的负载开关112。因而，负载开关是可控的，例如，经由开关信号135，以将负载190与电荷泵111的输出和电压测量电路113连接和断开。
可调参考电压132、参考信号134、开关信号135和/或充电控制信号131可以由控制逻辑121确定，例如，取决于经由控制接口123供给控制逻辑121的驱动参数。
电子电路100可以被配置为生成充电控制信号131，使得如果参考电压132大于负载电压，控制信号控制电荷泵以供给充电电流。因而，只要负载电压还没有达到参考电压(例如，用于压电负载的期望的目标电压)，负载190的充电就继续。
电子电路100可以被配置为取决于比较而生成充电控制信号，使得如果参考电压小于负载电压，控制信号控制电荷泵以停止供给充电电流。因而，只要负载电压没有降低到下限电压，就不会有电流被供给压电负载。在充电停止的阶段中，电子电路100的一个或多个电子部件(例如，电压测量电路113)可以被关断，以便减少电子噪声。这个阶段也可以被称为低噪声阶段或放电阶段。
图2通过示出在充电阶段200、刷新充电阶段201和保持阶段202期间负载电压Vload的改变来图示电子电路100的功能。压电负载190初始从V0(例如，零伏)充电至目标电压VT。因而，在从V0到VT的初始充电期间，可调参考电压被设置为VT。在负载电压达到目标电压VT之后，可调参考电压被设置为下限电压Vlow，并且负载190的充电停止，例如，通过关断电荷泵111。只要由电压测量电路113测得的负载电压大于Vlow，就保持放电阶段。当负载电压达到下限电压Vlow时，可调参考电压被设置为目标电压，并且发起新的刷新充电阶段201。在充电阶段200或刷新充电阶段201之后，电路可以进入保持阶段202。在保持阶段期间，目的可以是保存负载190上的电荷。因此，开关112可以被打开以隔离负载，并且以一定间隔闭合以测量负载上的电压，以确定是否有必要发起刷新充电阶段201。当占空比低时，保持阶段的长度可以被用于近似负载的泄漏电流。通过将开关112的近似泄漏电流与由测量电路113汲取的占空比经校正电流相加来计算有效测量电流。可以将占空比计算为开关112闭合用于执行电压测量的时间作为采样周期时间TS的百分比。测量时间可以在100ns到10us的范围内，而采样周期时间TS可以在保持时间202期间在从0.1ms到10ms的范围内。由测量电路汲取的电流可以在1uA到1mAuA的量级。通过调节测量电流和测量占空比，可以实现针对占空比校正的非常宽范围的有效测量电流。
例如，当负载电压达到目标电压时，比较器114的输出电压133可以变为高电平。这种改变由逻辑电路121检测，该逻辑电路121使得将可调参考电压132设置为下限电压。当负载电压已经降低到下限电压时，比较器114的输出电压133可以变为低电平。这种改变由逻辑电路121检测，该逻辑电路121使得将可调参考电压132设置为目标电压。同时，逻辑电路121可以生成使电荷泵111接通的充电控制信号131。
因而，电子电路(例如，控制逻辑121)可以被配置为在负载电压已经达到下限电压之后将可调参考电压设置为目标电压并且被配置为在负载电压已经达到目标电压之后将可调参考电压设置为下限电压。
电子电路可以被配置为连续地或者在离散的时间点执行可调参考电压与负载电压的比较。例如，如图2中所示，比较可以在离散的时间点ts执行。离散的时间点ts可以在时间上分开固定的时间段Ts，或者分离可以是非恒定的，例如，取决于充电、刷新充电和保持阶段200、201、202而可调。在离散的时间点的比较还可以涉及在保持阶段内在相同或基本相同的离散的时间点对负载电压进行采样。采样速率可以优选地取决于从负载提取或供给负载的电流的预期而变化。
离散的时间点意味着比较和/或采样在不同的、分开的时间点执行。换句话说，比较是以给定的测量频率按时间间歇执行的。这个测量频率可以经由控制接口123来设置。
参考图1，可调参考电压与负载电压在离散的时间点处的比较可以通过按时间间歇地控制开关112以将负载190与测量电路113连接，可选地还取决于电子电路100的配置与电荷泵111连接，来执行。例如，在时间点ts，控制开关112被控制为在负载190和测量电路113之间建立连接，可选地还与电荷泵111连接。应当理解的是，对于每个时间点ts，连接维持给定的时间段，例如，几纳秒至几微秒的范围内的时段，例如在从100ns至10μs的范围内，诸如从200ns至5μs，或者甚至从400ns至2μs。
因而，电子电路可以被配置为在离散的时间点例如通过激活开关112而获得负载电压，以便在离散的时间点执行可调参考电压与负载电压的比较。
可替代地，可以连续地或以给定的采样速率来测量负载电压，并且电子电路100可以被配置为使得可调参考电压与负载电压的比较在离散的时间点执行。
由于每次开关112闭合时(即，每次采样负载电压并与可调参考电压132进行比较时)压电负载放电少量电荷，因此可以期望开关112闭合或执行比较的时间段尽可能小，至少在放电阶段202期间是这样。
因而，电子电路可以包括开关112，该开关112可控制为间歇地将压电负载190的负载端子与电压测量电路113连接，例如，以给定的测量频率。开关可以是机械开关或电子开关。
电子电路100可以用在不同的压电致动器系统中，该系统除了电子电路100之外还包括压电负载190或其它电容性负载。因而，电子电路100可以被看作适于驱动电容性负载或致动器的电路，其中电容性负载可以用于各种致动目的。电子电路甚至可以用于驱动多个负载，例如，通过使一个开关112依次连接到每个负载。
如图3中所示，电子电路在用于可变形透镜单元300的压电致动器系统中可以特别有用。
图3图示了可变形透镜单元300，其包括：
-压电致动器系统301，包括电子电路100和压电负载190，
-可变形透镜302，布置成待由压电负载190变形，其中压电致动器系统301被配置为使透镜变形，以实现不同的光功率。
可变形透镜单元300可以是还包括CCD芯片或类似数字图像记录芯片的微单元。可变形透镜302可以是与压电负载190连接(用虚线示出)的聚合物透镜或玻璃透镜，使得当压电介质负载190的充电改变时，透镜变形，以实现不同的光功率。在WO2008100154中提供由压电元件致动的可变形透镜的示例。
图1图示了电子电路100可以包括定时器或计数器电路122。如图2中所示，计数器122被配置为确定在负载电压具有第一电压Va的第一时间点ta与负载电压具有第二电压Vb的第二时间点tb之间的充电或放电时间ΔT。定时器的计数频率可以被设置为与比较器电路的最大带宽匹配，从而以最大的实际时间分辨率捕获事件。典型的计数频率c可以在100KHz至10MHz的范围内，诸如在300KHz至3MHz的范围内，这例如取决于负载的电容。
例如，逻辑电路121可以被配置为当比较器输出133提供指示负载电压与第一电压Va对应的改变时开启定时器，并且当比较器输出133提供指示负载电压与第二电压Vb对应的另一个改变时停止定时器。第一电压Va和第二电压Vb可以被设置为可调参考电压，使得当负载电压等于可调参考电压时，比较器114在输出133中生成改变。第一时间点与第二时间点之间的差值ΔT可以用于确定充电阶段201和放电阶段202期间压电负载190的电容。
一般而言，电容可以由以下公式确定：
C(v)＝(I*ΔT)/(Vb-Va)
其中C(v)是电压Va和Vb之间的压电元件的平均电容。I是已知或估计的充电或放电电流。
图4图示了用于确定充电阶段期间的电容的示例。在这里，第一时间点ta是电荷泵以充电电流Ip发起充电并且第一电压Va是初始负载电压V0的时间点。在这里，初始电压V0可以是与完全放电的压电元件对应的零电压。
第一时间点ta也可以是电荷泵从下限电压Vlow开始利用充电电流Ip发起充电的时间点，即，其中Vlow表示第一电压Va。
第一时间点ta也可以是电荷泵从中间电压开始利用充电电流Ip发起或继续充电的时间点。
第二时间点tb可以是电荷泵停止或继续利用充电电流Ip充电并且其中第二电压Vb是最终负载电压(例如，目标电压VT或其它中间电压)的时间点。
图4图示了充电阶段期间的离散的测量时间ts。
充电阶段期间的电容可以通过以下公式来确定：
C(v)＝(Ip*ΔT)/(Vb-Va)。
类似地，可以在放电阶段期间确定电容C(v)，其中第一时间点ta是压电负载190以预定吸收电流Is放电并且其中第一电压Va是初始负载电压(例如，VT或其它中间电压)的时间点。吸收电流可以由电流吸收器提供，例如，通过在放电期间保持开关112闭合来通过测量电路113放电负载190。吸收电流也可以由其它电路(例如，专用放电电阻器)提供。
因而，电子电路100还可以包括用于利用吸收电流Is对压电负载进行放电的电流吸收器。例如，电流吸收器在一个实施例中可以是由电压测量电路113组成的电阻性电路或电压降低电路，或者构成电压测量电路113，其中电压降低电路或电阻性电路连接到负载190，用于将端子电压降至负载电压。
放电阶段202期间的电容可以使用以下公式确定：
C(v)＝(Is*ΔT)/(Vb-Va)。
在压电负载190的初始充电期间可以周期性地测量电容，例如，在压电负载190的预定次数的使用或膨胀周期之后。
在通过在放电期间保持开关112闭合而通过测量电路113使负载190放电来提供吸收电流的示例中，电荷泵111的输出电阻高。实际上，通过测量电路113的放电电流远高于负载泄漏电流(即，通过压电负载190的放电电流)。因此，当开关112闭合时，从负载190流出的电流Iload为Iload＝Ilkg+VR/R，其中Ilkg是负载泄漏电流，并且VR是电阻性测量电路113两端的电压。在这里，假设测量电路的电阻为R(即，负载190通过其放电的总电阻)。由于负载泄漏电阻远高于测量电路的电阻R，因此我们具有近似Iload＝VR/R。由于衰减器电阻R是已知的，因此所选择的下降电压ΔV(参见图5)和放电时间ΔT可以用来通过以下公式近似负载电容C(v)，公式如下：
C(v)＝ΔT*((VT-ΔV/2)/R)/ΔV
其中C(v)是电压Va和Vb之间(例如，VT和Vlow之间)的平均负载电容，并且ΔV＝Va-Vb。
控制逻辑121可以被配置为在充电或放电阶段期间以不同的电压确定电容C(v)，以便确定电容对电压的曲线(CV-曲线)。用于给定电容测量的电压可以作为第一和第二电压的平均值(Vb-Va)/2给出，并且计数器122被用于确定第一电压Va和第二电压Vb之间的时段ΔT。
作为压电负载的电压的函数的电容可以随时间而改变。类似地，压电负载的其它性能相关特点可以随时间而改变。因而，CV曲线中的改变可以指示这种其它性能相关特点的改变。
图5图示了第一时间点ta是负载电压已达到目标电压VT(第一电压)的时间并且第二时间点tb是负载电压已达到下限电压Vlow(第二电压)的时间的示例。这里，压电负载已经基本上放电包括压电负载190的泄漏电流Itrue和至少由测量电路113汲取的测量电流Im的泄漏电流Ilkg，即，Ilkg＝Itrue+Im。
泄漏电流Ilkg由下式给出
Ilkg＝(C(v)xΔV)/ΔT
其中C(v)是电压VT和Vlow之间的负载190的平均电容，例如，由C(v)＝(Is*ΔT)/(Vb-Va)确定，并且ΔV是由ΔV＝VT-Vlow给出的允许下降电压。如果由测量电路汲取的电流Im已知，那么真正的泄漏电流可以被确定为
Itrue＝Ilkg-Im。
由于测量点ts处的负载电压是已知的并且由于每个测量点ts的持续时间ts是已知的，因此可以确定在放电时段202期间由测量电路113汲取的电流Im或平均电流Im。
为了使测量电流Im最小化，可以在离散的时间点ts间歇地获得负载电压，例如，通过在时间点ts短时间激活开关112，使得仅有小电流通过测量电路113从负载190排出。
压电负载190的泄漏电流Itrue的确定可以用于执行压电负载190的测试。例如，如果Itrue高，例如大于Itrue的历史值的平均值，这可以指示压电负载存在问题。
电子电路100(例如，控制逻辑121)可以被配置为取决于接收到的控制参数来设置目标电压(VT)、下限电压(Vlow)或两者。此外，电子电路100可以被配置为取决于接收到的控制参数来设置采样周期Ts和采样持续时间ts。例如，可以经由控制接口123接收控制参数。
控制逻辑121还可以被配置为经由控制接口123发送所确定的充电或放电时间ΔT、泄漏电流(Ilkg或Itrue)的测量，例如，供外部处理单元进一步处理。
关于可变形透镜单元300中的电子电路100的具体使用，可以在使用图像芯片的成像期间使用放电阶段202(即，低噪声阶段)。因而，可以使用放电时间ΔT或放电时间ΔT的部分作为图像芯片的曝光时间，即，芯片的像素累积由入射光子生成的电荷的曝光时间。由于电荷泵112被停用(关闭或处于睡眠模式)，因此对噪声敏感的图像传感器不受来自图像传感器的电子噪声的影响。要注意的是，为了进一步降低噪声或减少通过测量电路113的泄露电流，可以在放电期间增加采样时段Ts。
一般而言，曝光时间可以基本上等于放电时段ΔT，曝光时间可以构成放电时段ΔT的一部分，或者曝光时间可以由多个放电时段ΔT和/或放电时段ΔT的部分构成。
由于在低噪声时段期间透镜的光功率(即，焦距)取决于减小的负载电压Vload而改变，因此图像传感器上的图像改变，例如，在曝光时间期间，图像清晰度可以降低。理想情况下，在曝光时段期间，光功率应当是恒定的。另一方面，如果变化不显著降低图像质量，那么光功率的一些变化可以是可接受的。曝光时段期间的光功率的可接受变化可以取决于期望的焦距(由目标电压VT设定)、照明条件和例如用户偏好。通过将下限电压Vlow设置到合适的水平，例如经由来自控制接口123的输入，可以控制压电负载190(即，透镜致动器)，使得确保光功率不降至光功率的可接受值以下。
图6图示了使用负载的差动驱动选项的实施例。这个实施例涉及图1中所示的实施例，并且相同的附图标记指相同或相似的部分或部件。因此重复图1的相关部分。输出开关112被差动驱动输出开关112a和112b取代。这些开关将负载端子连接到或者GND或者电荷泵输出。以这种方式，可以在不生成称为GND的负电压的情况下反转负载190的极性。当选择一个极性时，“负”负载端子连接到GND，并且另一个“正”端子或者是高阻抗或者如上所述连接到电荷泵输出111或测量/电压降低电路113。通过反转开关112a和112b的角色，极性被反转。
图7图示了其中使用一个驱动器来控制多个负载的实施例。电荷泵111和电压监视/降低电路113经由开关1121、1122...112n连接到一组负载1901、1902...190n。在任何时间，具有相同目标电压的一个或数个负载连接到电荷泵111和电压监视/降低电路113。其它负载被置于高阻抗，从而保存每个负载上的电荷。控制器将取决于每个负载处的允许电压变化而以任意次序连接每个负载/负载集合。
在一个实施例中，如图6中所示，负载中的一个或多个可以是差动的。
虽然已经在附图和前述描述中详细说明和描述了本发明，但是这种说明和描述被认为是说明性或示例性的，而不是限制性的；本发明不限于所公开的实施例。通过研究附图、公开内容和所附权利要求，本领域技术人员在实践要求保护的本发明时可以理解和实现所公开的实施例的其它变型。在权利要求中，词语“包括”不排除其它元素或步骤，并且不定冠词“一个”不排除多个。单个处理器或其它单元可以履行权利要求中阐述的若干项的功能。在相互不同的从属权利要求中阐述某些措施这一事实并不指示这些措施的组合不能被有利地使用。计算机程序可以存储/分布在合适的介质上(诸如与其它硬件一起或作为其它硬件的一部分供给的光学存储介质或固态介质)，但也可以以其它形式分布，诸如经由互联网或者其它有线或无线电信系统。权利要求中的任何附图标记不应当被解释为限制范围。

Claims (16)

1.一种用于控制压电负载(190)的充电的电子电路(100)，所述电子电路包括：
-电荷泵(111)，被配置为取决于充电控制信号(131)而向压电负载供给充电电流，
-测量电路(113)，被配置为获得与压电负载的负载端子处的端子电压对应的负载电压，
-比较器电路(114)，被配置为将可调参考电压与负载电压进行比较，其中
-所述电子电路被配置为取决于比较而确定充电控制信号，使得充电控制信号取决于比较而控制充电电流的输送，并且其中
-所述电子电路被配置为将可调参考电压设置为目标电压(VT)并且当负载电压达到目标电压时将可调参考电压设置为低于目标电压的下限电压(Vlow)。
2.如权利要求1所述的电子电路，其中所述电子电路被配置为取决于比较而生成充电控制信号(131)，使得如果参考电压大于负载电压，控制信号控制电荷泵供给充电电流。
3.如权利要求1所述的电子电路，其中所述电子电路还被配置为取决于比较而生成充电控制信号，使得如果参考电压小于负载电压，控制信号控制电荷泵停止供给充电电流。
4.如权利要求1所述的电子电路，其中所述电子电路被配置为当负载电压达到所下限电压时，将可调参考电压设置为目标电压。
5.如权利要求1所述的电子电路，其中所述电子电路被配置为在离散的时间点(ts)处获得负载电压。
6.如权利要求1所述的电子电路，还包括：
-计数器电路(122)，被配置为确定负载电压具有第一电压(Va)的第一时间点(ta)与负载电压具有第二电压(Vb)的第二时间点(tb)之间的充电或放电时间(ΔT)。
7.如权利要求6所述的电子电路，其中第一时间点是电荷泵发起充电的时间点，其中第一电压是初始负载电压。
8.如权利要求6所述的电子电路，还包括用于利用吸收电流将压电负载放电的电流吸收器。
9.如权利要求1所述的电子电路，被配置为用于在采样时刻(ts)之间将测量电路与负载隔离。
10.如权利要求6所述的电子电路，其中第一时间点(ta)是负载电压已达到目标电压(VT)的时间，并且第二时间点(tb)是负载电压已达到下限电压(Vlow)的时间，并且其中压电负载已经被包括压电负载(190)的泄漏电流(Itrue)和至少由测量电路(113)汲取的测量电流(Im)的泄漏电流(Ilkg)基本放电。
11.如前述权利要求中任一项所述的电子电路，其中取决于来自电子电路的充电控制信号(131)，充电电流是可调充电电流。
12.一种压电致动器系统，包括：
-如前述权利要求中任一项所述的电子电路(100)；以及
-压电负载(190)。
13.一种可变形透镜单元(300)，包括：
-如权利要求12所述的压电致动器系统(301)，以及
-可变形透镜(302)，被布置成待由压电负载(190)变形，其中
压电致动器系统(301)被配置为使透镜变形，以实现不同的光功率。
14.如权利要求13所述的可变形透镜单元，其中电子电路被配置为取决于控制参数而设置目标电压(VT)和/或下限电压(Vlow)。
15.一种用于控制压电负载(190)的充电的方法，所述方法包括：
-取决于充电控制信号(131)而向压电负载供给充电电流，
-获得与压电负载的负载端子处的端子电压对应的负载电压，
-将可调参考电压与负载电压进行比较，
-取决于比较而确定充电控制信号，使得控制信号取决于比较而控制充电电流的输送，以及
-将可调参考电压设置为目标电压(VT)，并且当负载电压达到目标电压时将可调参考电压设置为低于目标电压的下限电压(Vlow)。
16.如权利要求15所述的方法，其中所述方法还包括：
-取决于第二充电控制信号(135)而向第二压电负载供给第二充电电流，
-获得与第二压电负载的第二负载端子处的端子电压对应的第二负载电压，
-将第二可调参考电压与第二负载电压进行比较，
-取决于比较而确定第二充电控制信号，使得第二控制信号取决于比较而控制第二充电电流的输送，以及
-将第二可调参考电压设置为第二目标电压(VT)，并且当第二负载电压达到第二目标电压时将第二可调参考电压设置为低于第二目标电压的第二下限电压(Vlow)。
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3537488B1 (en) * 2018-03-07 2020-10-21 poLight ASA Determining and applying a voltage to a piezoelectric actuator
CN109375562A (zh) * 2018-12-14 2019-02-22 苏州蓝石新动力有限公司 一种电路控制装置及电动交通设备
CN111140688B (zh) * 2019-08-09 2021-12-28 浙江中控技术股份有限公司 一种压电阀控制电路及控制方法
KR102171868B1 (ko) 2020-03-31 2020-10-29 주식회사 아나패스 디스플레이 장치 및 부스트 회로의 구동 시간 조정 방법
TWI719881B (zh) * 2020-04-09 2021-02-21 新唐科技股份有限公司 穩壓控制系統及其方法
US20220107491A1 (en) * 2020-10-04 2022-04-07 Xenocor, Inc. Borescopes with active optical lenses and related methods

Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040155913A1 (en) * 2002-08-12 2004-08-12 Yasuhiko Kosugi Container for printing material and detector used for container
US20060261705A1 (en) * 2005-05-23 2006-11-23 Izenson Michael G High-efficiency radial piezoelectric motor
CN101027469A (zh) * 2004-09-23 2007-08-29 西门子公司 用于对至少一个容性负载进行充电和放电的电路装置和方法
CN101326712A (zh) * 2005-12-09 2008-12-17 西荣科技有限公司 压电换能器信号处理电路
CN101715561A (zh) * 2007-02-12 2010-05-26 珀莱特公司 具有可变焦距的柔性透镜组件
CN102055317A (zh) * 2009-11-04 2011-05-11 上海宏力半导体制造有限公司 电荷泵装置及其稳压方法
US20120212099A1 (en) * 2011-02-21 2012-08-23 Renesas Electronics Corporation Device for driving a piezoelectric element
EP2179756B1 (en) * 2008-10-21 2013-11-20 Codman Neuro Sciences Sàrl Improving flow rate accuracy of a fluidic delivery system
EP2677740A1 (en) * 2012-06-19 2013-12-25 poLight AS A method and a corresponding system for noise reduction in electronic charge pump designs
CN103531243A (zh) * 2012-07-02 2014-01-22 力晶科技股份有限公司 内部电压调整电路、内部电压调整方法以及半导体装置
JP2014166108A (ja) * 2013-02-27 2014-09-08 Denso Corp 昇圧電源装置
CN104066958A (zh) * 2012-01-26 2014-09-24 罗伯特·博世有限公司 用于对压电致动器充电或放电的方法和控制装置
CN104520565A (zh) * 2012-05-23 2015-04-15 法国大陆汽车公司 控制内燃发动机燃料喷射器的至少一个压电致动器的方法
CN104640708A (zh) * 2012-05-15 2015-05-20 艾诺维亚股份有限公司 喷射器设备、方法、驱动器及用于其的电路

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04121072A (ja) * 1990-09-11 1992-04-22 Toto Ltd 圧電アクチュエータの電圧検出装置
DE60043181D1 (de) 2000-04-01 2009-12-03 Bosch Gmbh Robert Verfahren und Vorrichtung zur Regelung von Spannungen und Spannungsgradienten zum Antrieb eines piezoelektrischen Elements
US6362632B1 (en) 2000-05-24 2002-03-26 Becs Technology, Inc. Balanced charge pump capacitive material sensor
JP4539054B2 (ja) * 2002-08-12 2010-09-08 セイコーエプソン株式会社 印刷材の収容容器およびその検出装置
US7312274B2 (en) 2003-11-24 2007-12-25 General Electric Company Composition and method for use with ceramic matrix composite T-sections
US7312554B2 (en) 2004-04-02 2007-12-25 Adaptivenergy, Llc Piezoelectric devices and methods and circuits for driving same
ES2293438T3 (es) 2005-07-22 2008-03-16 Delphi Technologies, Inc. Procedimiento y dispositivo para controlar y analizar el funcionamiento de un actuador piezoelectrico.
GB0602255D0 (en) 2006-02-03 2006-03-15 Pbt Ip Ltd Control-system for piezo-electric actuator
JP5029654B2 (ja) * 2009-05-27 2012-09-19 株式会社デンソー 電子制御装置

Patent Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040155913A1 (en) * 2002-08-12 2004-08-12 Yasuhiko Kosugi Container for printing material and detector used for container
CN101027469A (zh) * 2004-09-23 2007-08-29 西门子公司 用于对至少一个容性负载进行充电和放电的电路装置和方法
US20060261705A1 (en) * 2005-05-23 2006-11-23 Izenson Michael G High-efficiency radial piezoelectric motor
CN101326712A (zh) * 2005-12-09 2008-12-17 西荣科技有限公司 压电换能器信号处理电路
CN101715561A (zh) * 2007-02-12 2010-05-26 珀莱特公司 具有可变焦距的柔性透镜组件
EP2179756B1 (en) * 2008-10-21 2013-11-20 Codman Neuro Sciences Sàrl Improving flow rate accuracy of a fluidic delivery system
CN102055317A (zh) * 2009-11-04 2011-05-11 上海宏力半导体制造有限公司 电荷泵装置及其稳压方法
US20120212099A1 (en) * 2011-02-21 2012-08-23 Renesas Electronics Corporation Device for driving a piezoelectric element
CN104066958A (zh) * 2012-01-26 2014-09-24 罗伯特·博世有限公司 用于对压电致动器充电或放电的方法和控制装置
CN104640708A (zh) * 2012-05-15 2015-05-20 艾诺维亚股份有限公司 喷射器设备、方法、驱动器及用于其的电路
CN104520565A (zh) * 2012-05-23 2015-04-15 法国大陆汽车公司 控制内燃发动机燃料喷射器的至少一个压电致动器的方法
EP2677740A1 (en) * 2012-06-19 2013-12-25 poLight AS A method and a corresponding system for noise reduction in electronic charge pump designs
CN103531243A (zh) * 2012-07-02 2014-01-22 力晶科技股份有限公司 内部电压调整电路、内部电压调整方法以及半导体装置
JP2014166108A (ja) * 2013-02-27 2014-09-08 Denso Corp 昇圧電源装置

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WO2017118732A1 (en) 2017-07-13
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EP3190637B1 (en) 2020-03-04
KR20180103073A (ko) 2018-09-18

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